加州自从 2001 年电力危机之后,电力体系从管理到产业结构经过许多改变,之后面临包括圣欧诺菲核电厂(San Onofre)意外提早停役、天然气储存槽大泄漏、野火肆虐等危机,都能安然度过,不过极端气候带来的挑战似乎终于又让加州电力结构不胜负荷,2020 年热浪来袭让加州供电吃紧,又面临分区限电危机,许多人抨击这是过度偏重发展太阳能的结果,真是如此吗?
事实上,若没有太阳能,加州的用电尖峰供需落差会更大。观察加州的电力供需曲线,可以发现,当用电需求随着白天太阳升高气温提升,在中午逐渐来到高峰时,太阳能发电也因为阳光最强而来到高峰,抵销了中午的用电尖峰,唯一的问题是,当傍晚太阳下山,太阳能发电快速减少时,用电量下降速度却没那么快,导致供电减去太阳能后,在傍晚出现了一个供需落差尖峰。
也就是说,太阳能虽然抑低了中午的用电供需落差,但解决了原本落差最大的中午问题之后,傍晚就变成新的供需落差尖峰,也就是把最高的人请走,第二高的人就变成最高的人,使得供需落差的高峰时间从中午转移到傍晚,而傍晚无法靠太阳能,原本傍晚可靠风能辅助,但加州的风能供电远低于太阳能,使得傍晚如今成为加州的供需瓶颈。
太阳能对加州如今傍晚供电瓶颈的影响可说是间接的,问题不在于增加太阳能,而是增加太阳能的同时,加州自傲身为美国减碳先锋,在其他州都还在已减少燃煤发电为主时,就自主开始关闭燃气发电,因为加州的偏激环保主张者认为燃气发电也是有碳排放;另一方面,加州还认为,许多火力发电厂汲取海水作为一次性冷却水,也就是汲水进来让蒸汽降温凝结后,变热的热水就直接排出,这样的做法会让海水变热破坏生态,因此规定不许使用一次性冷却水方式运作,热水只能等它自然蒸发变凉之后重复使用,这个法规导致许多较旧燃气机组被迫退出。
其结果是,加州可做为弹性应变使用的燃气发电 5 年内减少了 9 吉瓦(gigawatt)之多, 这导致电网应变能力极为不足。而加州未来还将继续关闭燃气发电,甚至想关闭 2015 年发生严重泄漏事件的亚里索峡谷天然气储存场。
加州电力调度中心 (California Independent System Operator)几年来早就警告加州公共事务委员会(California Public Utilities Commission)这样激进的削减燃气发电将使得 2020 年起傍晚会面临 4.7 吉瓦的发电容量短缺,加州公共事务委员会因而批准新增 3.3 吉瓦容量,但是要到 2021 年才会上线。 2020 年 8 月 14 日,早在前一天,电网就已经预期会有供电短缺问题,到当天下午,气温最高来到摄氏 42 度,冷气用电激增,虽然 2017 年加州曾经遇上比更大的供电危机,都安然度过,不过这次不同,由于热浪侵袭附近所有各州,各州没有多余的电力可以如 2017 年般协助加州,加州这下子只能靠自己了。尖峰燃气电厂开始从亚里索峡谷储存场抽取天然气,储存场自 2015 年事故以后容量已经大不如前,而未来加州还想把它关闭。
下午 2 点 56 分,一座燃气发电厂意外跳机了,电网上瞬间减少 475 百万瓦发电容量,加州主管机关于是要求燃气发电厂支援,但是 5 年来大砍 9 吉瓦,哪还剩下足够的燃气发电厂呢?于是就只能分区限电了。
太阳能并非限电主因,电动车也不构成威胁
虽然加州此次分区限电主要来自过激政策使得燃气发电减少过快,不过可再生能源搭配燃气发电并非唯一的解决方案,另一个方向的构想是增设超量的太阳能发电,搭配能源储存,中午发出超量的太阳能发电,储存到傍晚使用。不过,目前加州太阳能虽然发展相当好,却远不及超量的程度,而能源储存更只有 216 百万瓦规模,相对于应变能力需求,可说杯水车薪。
另一个办法,则是从需求端调整,例如新创事业 OhmConnect 与 15 万户住户签约,可在尖峰时进行需求反应,强制关闭用电装置,可减少 150 百万瓦需求,对抑低尖峰也有帮助,不过,同样的,规模太小,对大局没能产生绝对性的影响。
加州的困境很快就会发生在其他较激进环保主义州,例如纽约州一样针对燃气发电政策打压,不仅积极想跳过燃气发电直通全绿能,立法规定 2045 年要铲除化石燃料火力发电,也同样对燃气发电发布新的环保要求,对单循环燃气发电制定更严格的氮氧化物排放标准。由于空气中有五分之四为氮,因此燃气发电的天然气高温燃烧时,空气中的氮气也会在高温下与氧气反应,产生氮氧化物,这就是即使天然气本身燃烧只产生二氧化碳和水,仍会有氮氧化物污染的原因。较旧的燃气发电厂,废气处理除去氮氧化物的能力较差,将会在新法规下遭到淘汰。
纽约州该如何替代这些尖峰燃气电厂?顾问公司能源+环境经济(Energy+Environmental Economics)2019 年研究报告发现,在没有长时间的能源储存技术辅助下,锂电池能源储存技术能替代 6%~11% 尖峰燃气发电厂。以加州限电问题为例,只需要从中午太阳能发电高峰储能,到傍晚因应延后的供需缺口高峰使用,储能时间只要能达到 6 小时即可。而若搭配长时间的能源储存技术下,则可取代 83% 的尖峰燃气发电厂需求。
对于积极推动减碳的州来说,还有一个顾虑是,当电动车大量取代内燃机汽车,所造成的用电量增加,会不会让加州更容易限电?其实这可能是杞人忧天,因为电动车在傍晚最容易限电的时间,大多在马路上行驶,大多数会在晚上停在家中车库时,或是白天于办公大楼停车场时充电,也就是电动车并不会太过大幅增加目前困难时间的供电吃紧状况;反之,若管理得当,电动车还可能被当作一种能源储存资源,协助电网度过危机。
太阳能并非限电主因,电动车也不构成威胁,造成威胁的是激进与怠惰。加州早就知道太过快速减少燃气发电会大幅降低应变能力,却还放任绝对环保主义在 5 年内减少 9 吉瓦燃气发电容量,这是激进;既然知道自己减少了大量应变能力,却不快速建立额外容量与能源储存能力来替代,这是怠惰。
纽约州也有步入加州后尘的倾向,一边激进排除老旧燃气电厂的同时,却并未大举部署能源储存,未来若也发生电力危机,并非绿能技术有什么不对,而是人谋不臧所造成。
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(首图来源:Unsplash)
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